基于光合特征参数的棉花水分状况高光谱遥感监测研究

发布时间：2019-01-04 14:23

【摘要】：[研究目的]:本研究主要探讨了不同水分处理条件下棉花新陆早45号和62号关键生育时期光谱变量及光合特征参数的变化特征,建立二者的相关回归模型,并对植被指数与棉花产量及纤维品质指标进行相关分析,筛选出最佳的估测棉花产量及品质的植被指数,为实现有效、快速、非破坏的对棉花大面积的生长状况的诊断与监测,产量及品质的预测提供理论依据。[研究方法]:采用美国ASD公司生产的Fieldspec Pro FR 2500型背挂式高光谱辐射仪,在两个棉花品种不同水分处理条件的关键生育期进行了5次数据采集,分析并计算一系列高光谱变量,如:原始光谱反射率、一阶微分、“三边”参数、植被指数等;同时采用Li-6400光合仪同步获取棉花2品种关键生育时期光合生理指标,如:净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci);收获期进行棉花产量的测定,同时取样品进行棉花纤维品质的检验,分析光谱变量与各指标间的相关关系,建立监测棉花生长状况的高光谱遥感监测模型。[研究结果]:(1)不同水分处理下光谱反射率在近红外波段处表现出明显的差异,“三边”曲线呈现出明显的“峰”、“谷”现象,“红边”面积表现出的显著差异要高于“红边”斜率。因此,近红外波段处反射率、“三边”曲线中“峰”“谷”特征及“红边”面积能很好监测棉花的水分含量。(2)棉花2品种在关键生育时期内光合特征参数表现出先增加后下降的趋势,在盛花结铃期达到最大值,方差分析表明,不同水分处理间,随着灌溉量的增加光合特征参数逐渐增大,后期表现出显著性差异,不同水分处理下新陆早45号光合特征参数之间的差异明显高于新陆早62号。(3)光谱反射率与Pn在780 nm处达到最大正相关(r=0.53**,n=40)。一阶微分光谱与Pn在693 nm处达到最大正相关(r=0.67**,n=40)。利用780 nm反射率及693 nm处一阶微分值预测Pn与实测Pn进行相关分析,结果表明一阶微分预测精度高于光谱反射率(r_(693 nm处一阶微分估测Pn-实测Pn)=0.71**,RMSE=2.42;r_(780 nm反射率估测Pn-实测Pn)=0.67**,RMSE=2.76,n=40)。预测精度达到80%以上。“红边”斜率(Dr)与Pn、Tr表现出显著性相关,最大相关系数为r新陆早45号Dr-Tr=0.66**,“红边”面积(SDr)与Pn、Tr、Gs均表现出显著性相关,最大相关系数为r新陆早45号SDr-Tr=0.68**,且“红边”面积预测Pn的精度高于“红边”斜率(r_(SDr预测Pn-实测Pn)=0.67**,RMSE=2.51,rDr预测Pn-实测Pn=0.63**,RMSE=2.77,n=40)。估测精度达到85%以上。红外近红外波段反射率组合构成的红边归一化植被指数RENDVI、比值植被指数RVI与光合特征参数的相关性最好。其中RENDVI与Pn表现出极显著的线性函数相关(r新陆早45号RENDVI-Pn=0.89**,r新陆早62号RENDVI-Pn=0.71**,n=20)。与Tr表现出极显著的对数函数相关(r_(新陆早)45_号RENDVI-Tr=0.78**,r_(新陆早)62_号RENDVI-Tr=0.64**,n=20)。RVI同样与Pn、Tr表现出较好的相关性(r_(新陆早)45_号(RVI-Pn)=0.87**,r新陆早45号(RVI-Tr)=0.78**;r新陆早62号(RVI-Pn)=0.70**,r新陆早62号(RVI-Tr)=0.72**,n=20),对RENDVI及RVI预测Pn与实测Pn进行相关分析,相关系数r值均达到极显著相关水平(r_(RENDVI)预测Pn-实测Pn=0.82**,RMSE=2.13;rRVI预测Pn-实测Pn=0.86**,RMSE=1.7,n=40)。RVI预测精度高于RENDVI,预测精度达到90%以上。因此植被指数RENDVI及RVI能作为预测棉花光合特征参数的较好指标,建立二者的模型能更好地监测棉花的生长状况。(4)将归一化植被指数NDVI及RVI与棉花产量及纤维品质指标进行相关分析,结果表明,NDVI及RVI与皮棉产量在盛花期的相关性最高(r_(NDVI-yield))=0.97**,r_(RVI-yield)=0.97**,n=20);NDVI、RVI与纤维品质指标在开花期的相关性达到最高。因此,花期建立二者模型能较好预测产量及纤维品质。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S562;S127

【参考文献】